圖形信息題的解析策略與方法例談

陳方

摘要：分析闡述了高中生在化學學習中需要形成的信息素養。以高考化學題中的典型圖形信息題為例作了分類和解析；對每類題中的信息呈現方式與解析策略方法作了一般性的歸納和總結；指出應注重在識圖、析圖和用圖的教學過程中不斷提升學生的信息素養和分析解決問題的能力。

關鍵詞：信息素養；圖形信息題；解析策略與方法；中學化學教學

文章編號：1005–6629（2016）12–0080–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 有關背景

1992年，澳大利亞梅耶委員會（Mayer Committee）指出：核心素養是個體高效率地參與工作與融入社會所不可或缺的基本素養。指向能以整合的方式將知識和技能應用于工作情境中，并提出了七大核心素養分支：收集、分析和整理信息的能力；交流思想和信息的能力；計劃與組織活動的能力；與他人合作的能力；運用數學方法與數學技術的能力；解決問題的能力；使用技術手段的能力[1]。信息素養是現代公民全面素質的重要組成部分。高中教育的目的之一就是為高中生終生學習和發展奠定基礎[2]。《高中化學新課程理念與實施》中提到“讓學生在探索、發現、發展的主動學習的過程中體驗科學探究的歷程，通過學生實驗、操作、調查、信息搜集與處理、表達與交流等，自主、獨立地發現問題所在，培養搜集和處理信息的能力……”[3]。

當今社會已進入一個信息多元化的時代，每天我們會接觸到如波濤洶涌般襲來的各種各樣的海量信息，高中化學學習中同樣要面對并處理形式各異的信息。《普通高中化學課程標準（實驗）》在第二部分“課程目標”“二、過程與方法”中有如下陳述：3.在化學學習中，學會運用觀察、實驗、查閱資料等多種手段獲取信息，并運用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進行加工[4]。這不僅指明了學生獲取信息的具體途徑及形成信息素養的方法，同時對高考中如何考查學生信息素養與能力（特別是獲取及加工應用新信息）有了具體、細致、規范的要求。同時，在命制試題時，我們發現題目所呈現情境的形式各異，文字、圖形、數據表格、曲線圖、儀器構造示意圖等形式豐富多彩，使得學生要調用自己的各種感官，學會進行信息轉換，并將其準確地與自己所掌握的知識、具備的社會經驗結合起來，凸顯了科學能力的考查[5]。下面以近幾年來一些高考題及其解答來分析闡述。

2 圖形信息題分類及解析策略與方法

2.1 裝置圖類

2.1.1 電化學裝置圖

例1 [2015全國新課標I卷11]微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖1所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是（ ）

A.正極反應中有CO2生成

B.微生物促進了反應中電子的轉移

C.質子通過交換膜從負極區移向正極區

D.電池總反應為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

解析：首先根據裝置圖中的信息可知，厭氧反應在負極一側，而有氧反應在正極一側。再根據厭氧反應中碳元素的化合價的變化：葡萄糖（C6H12O6）中碳元素平均為0價，CO2中碳元素為+4價，所以生成CO2的反應為氧化反應，應在負極發生。故A錯誤。而由題干信息知：在微生物的作用下，該裝置為原電池裝置，原電池能加快反應速率，故可認為微生物促進了反應中電子的轉移。故B正確。由于原電池中陽離子向正極移動，故C正確。電池總反應的實質是葡萄糖的氧化，故D正確。

信息呈現方式與解析策略方法：此類試題，一般會在題干和圖中提供一些與電極反應或總反應相關的信息。解答時應重點關注兩極反應物、產物、電子流向（電源正負極）、電極材料、隔膜類型（H+、OH-、氣體等）、電解質類型（溶液或熔融物）、電解質溶液酸堿性等重要信息。通過整合相關信息并結合有關守恒原理，寫出有關電極反應式或總反應式，據此再進行分析判斷。

2.1.2 實驗裝置圖

例2 [2014全國新課標I卷13]利用下圖所示裝置進行下列實驗，能得出相應實驗結論的是（ ）

解析：由裝置圖的信息可知，左側為分液漏斗與試管搭配的固+液反應裝置，再將產生的氣體通入右側試管的溶液中，由試管中產生的現象得出實驗結論。A中稀硫酸與Na2S反應產生H2S，它與AgNO3、AgCl均能反應而產生黑色Ag2S沉淀（黑色沉淀能將白色遮蓋掉），故不能確定H2S與AgCl反應而產生了Ag2S，故得不出A中實驗結論。B中濃硫酸可使蔗糖炭化而變黑，說明濃硫酸具有脫水性；濃硫酸再與生成的碳反應得到SO2，而SO2能使溴水褪色而顯示其氧化性，故B正確。C中稀鹽酸與Na2SO3反應產生SO2，但SO2通入Ba（NO3）2溶液中使溶液呈酸性，而硝酸能將+4價的硫氧化為+6價，進而生成了硫酸鋇沉淀，但若將SO2通入BaCl2等溶液中，卻因違背強酸制弱酸的原理而不能反應，當然不會生成白色沉淀。D中雖然濃硝酸與Na2CO3反應生成CO2氣體，但由于濃硝酸具有揮發性，也隨CO2一同進入Na2SiO3溶液中，由于硝酸酸性較強，硝酸優先與Na2SiO3反應，因而不能得出酸性碳酸>硅酸的結論。

信息呈現方式與解析策略方法：此類試題，一般在題干中提供一些與化學實驗相關的信息（如裝置圖、反應物、生成物、實驗現象等信息）。解答時應重點關注裝置圖的特點、反應的類型與反應原理等，分析并思考有關實驗現象（或實驗現象與結論的關系），據此再分析判斷得出正確答案。

2.2 圖像類

2.2.1 反映物質組成或成分變化的圖像

例3 [2014全國新課標II卷27（4）] PbO2在加熱過程中發生分解的失重曲線如圖2所示，已知失重曲線上的a點為樣品失重4.0%[（樣品起始質量-a點固體質量）/樣品起始質量×100%]的殘留固體，若a點固體表示為PbOx或mPbO2·nPbO，列式計算x值和m：n值。

解析：由圖示信息可知，該圖反映了PbO2隨溫度的升高而發生分解時，固體失重質量分數（縱坐標）隨溫度（橫坐標）變化的情況。到a點時，固體失重質量分數為4.0%，設有1mol PbO2（質量為239g）發生分解，則有（2-x）/2×32=239×4.0%，解得x=1.4；再根據mPbO2·nPbO，（2m+n）/（m+n）=1.4，可得m/n=2/3。

信息呈現方式與解析策略方法：此類試題一般在題中出現有關物質組成或成分變化的二維坐標系信息。解答時應根據圖像的特點，找出反映物質組成或成分變化的相關規律或定量關系，分析計算出物質的組成、成分或寫出有關反應式。

2.2.2 反映分子組成特點的圖像

①ΔH3 0（填“>”、“=”或“<”）。

②在T1～T2及T4～T5兩個溫度區間，容器內CO2氣體濃度呈現如圖所示的變化趨勢，其原因是。

解析：①由題中文字信息“（NH4）2CO3捕獲CO2”，知圖知對應的反應為Ⅲ（在此，反應Ⅲ為有效信息，反應Ⅰ、Ⅱ為干擾信息）。由圖4可知，當溫度為T3時，可逆反應達到平衡狀態，溫度升高，CO2的濃度逐漸增大，說明平衡逆向移動，正反應為放熱反應，則有ΔH3<0（這段分析，主要依據為圖像信息）。

②在T1～T2區間，此時可逆反應尚未達到平衡，溫度升高，化學反應速率加快，CO2的捕獲量隨溫度的升高而提高。在T4～T5區間，此時可逆反應已達到平衡狀態，由于該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的捕獲量隨溫度的升高而降低。

參考答案：（2）①ΔH3<0。②在T1～T2區間，可逆反應尚未達到平衡，溫度升高，化學反應速率加快，所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。在T4～T5區間，可逆反應已達到平衡，由于正反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，所以不利于CO2的捕獲。

信息呈現方式與解析策略方法：此類試題一般在題中提供物質成分與某些外界條件間關系的信息。解答時應根據影響反應速率或化學平衡的各種因素，深入分析物質成分隨外界條件發生變化的原因，按照題中的要求規范解答。

2.2.4 其他二維坐標系類圖形

例6 [南京2015考前模擬題20-1（2）]用CO還原焙燒氧化鐵時，溫度的變化對還原焙燒產物影響很大。圖5是不同溫度下還原焙燒過程固體中Fe和O的百分含量變化示意圖（其中A、B、D為純凈物，C、E、F為兩種物質組成的混合物，F中有一種物質為Fe）。

根據圖中信息可知，C點物質主要成分是：（填化學式）；D→E過程發生的反應為： ；用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時，溫度最好控制在570℃左右的原因是：。

解析：首先分析橫、縱坐標代表的量及其關系，根據橫坐標Fe或O的百分含量結合A、B、D為純凈物的提示信息，分析計算判斷出A～B為Fe2O3，D為Fe3O4；C為Fe3O4和Fe2O3混合物，F為Fe3O4和Fe混合物；而E中除了Fe3O4外，另外一種物質含鐵量要比Fe3O4高又不是Fe，分析得出它是FeO。所以，A→B過程Fe2O3沒有被還原；B→D為Fe2O3被還原為Fe3O4的過程；D→E為Fe3O4被還原為FeO過程；D→F為Fe3O4被還原為Fe的過程。因此，用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時，溫度最好控制在570℃左右的原因是：溫度太低，氧化鐵被還原為四氧化三鐵，不能得到鐵；溫度太高，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，且多消耗能源。

參考答案：Fe3O4和Fe2O3；Fe3O4+CO△= 3FeO+CO2；溫度太低，氧化鐵被還原為四氧化三鐵，不能得到鐵；溫度太高，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，且多消耗能源。

信息呈現方式與解析策略方法：二維坐標曲線圖是數學方法中函數類圖形的y-x曲線圖。這類圖形大多以時間、溫度、元素百分含量、pH等量為橫坐標，以物質的某種性質和特征等為縱坐標，以二維坐標系曲線來表示物質的變化。它能借助簡單的線條走向，巧妙地表達物質結構、性質、現象與化學原理等方面的信息，考查學生對圖形含義的理解、圖形信息的收集與處理及曲線與文字的相互轉化等方面的綜合能力。

解答時步驟方法為：

（1）看圖：一看縱橫坐標含義；二看特殊點（起點、拐點、落點）；三看變化趨勢（規律）；四看曲線之間的關系。

（2）分析：分析圖像中隱含的信息，找出數據之間的關聯點；同時根據問題類型，聯系化學概念、化學原理等，將其加工成化學語言對問題進行分析。

（3）答題：針對題意運用圖形特征解決相關問題。

2.3 溶解度表類

例7 [2011江蘇高考19（2）]反應得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質量分數分別為0.30和0.15（相關物質的溶解度曲線見圖6）。從混合溶液中獲得較多NH4ClO4晶體的實驗操作依次為（填操作名稱） 、干燥。

解析：首先觀察溶解度曲線，發現縱坐標有左右兩個，但問題中涉及的物質的溶解度均與左邊縱坐標有關。由溶解度曲線可知，NH4ClO4屬于溶解度變化“陡升型”類物質，而NaCl屬于“緩升型”類物質，且混合溶液中NH4ClO4相對于NaCl含量較多（其實溶液中也含有少量NaClO4和NH4Cl）。故要得到較多NH4ClO4晶體，應先制成飽和溶液，再根據NH4ClO4的溶解度特點的信息，通過冷卻使其析出（此時NaCl析出較少）。若不能達到產品的純度要求，可再重復實驗（重結晶），直到符合要求為止。參考答案為：蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，冰水洗滌。

信息呈現方式與解析策略方法：此類試題，通常在題中提供物質（有時會有干擾物質）的溶解度變化曲線的信息，如上題中“緩升型”“陡升型”的信息，有時還會有一些特殊的情況，如Ca（OH）2為溶解度變化“下降型”物質，少數物質還會在某溫度時達到溶解度最大值，要求分析判斷獲得（提純）物質的方法。解答此類問題的方法是：從溶解度曲線中讀出相關物質的溶解度隨溫度變化特點的信息（有時需排除無關物質的干擾），厘清不同溶解度變化類物質與分離提純方法的關系，得到所需的物質。如上題中欲從混合溶液中獲得較多NaCl晶體，可采取的操作為：加熱蒸發、趁熱過濾、（乙醇）洗滌。

3 結語

縱觀近幾年的各地高考化學試題，每年都有以圖形方式呈現相關實驗結果及各類信息的試題。要求學生在獲取信息后對相關現象、事實作出合理解釋，在分析推理基礎上作出合理的判斷或得出正確的結論。試題的新穎度、難度和區分度在一定程度上都借助于圖形的創新得以體現。圖形題將數據、圖線與化學問題融為一體，信息量大，信息加工涉及諸如信息的尋找、選擇、整理、重組、應用等各方面。因此要在教學中指導學生了解圖形所呈現的化學含義，掌握化學圖形最基本的剖析方法，從中提煉出相關的信息，嘗試應用圖形分析解決化學問題，表述自己的思路與思維的結果。這樣不僅可以提高自己的識圖能力，更能通過這個過程訓練與優化思維策略，加深對化學基礎知識、基本理論的理解，更好地解決化學實際問題，不斷提升信息素養和綜合運用能力。

參考文獻：

[1] Haworth David，Browne Geoff. Key Competencies[M]. The Educational Resources Information Center，1992：11～13.

[2]常珊珊，李家清.課程改革深化背景下的核心素養體系構建[J].課程·教材·教法，2015，（9）：30～31.

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[5]周業虹.關注社會參與 注重評價方式 培養科學素養[J].化學教學，2016，（4）：93.